DE102022108474B4 - Method and measuring camera for measuring a surface profile of an object - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Messung eines Oberflächenprofils eines Objekts (26, 26'), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:a) Bereitstellen einer Messkamera (24), die einen Bildsensor (36) und ein zumindest objektseitig telezentrisches Objektiv (38) aufweist, wobei das Objektiv (38) eine Objektebene (O), ein erstes optisches Teilsystem (L1), ein zweites optisches Teilsystem (L2; L21, L22), eine zwischen dem ersten optischen Teilsystem (L1) und dem zweiten optischen Teilsystem (L2; L21, L22) angeordnete Pupillenebene (42) und eine Bildebene (B) hat, in welcher der Bildsensor (36) angeordnet ist;b) Aufnehmen eines ersten Bildes von dem Objekt (26, 26'), wobei nur Licht zu dem ersten Bild beiträgt, das einen ersten Bereich (A1) der Pupillenebene (42) ausleuchtet;c) Aufnehmen eines zweiten Bildes von dem Objekt (26, 26') bei gleicher relativer Anordnung zwischen dem Objekt (26, 26') und der Messkamera (24), wobei nur Licht zu dem zweiten Bild beiträgt, das einen zweiten Bereich (A2) der Pupillenebene (42) ausleuchtet, der sich von dem ersten Bereich (A1) unterscheidet, und wobei mindestens einer der beiden Bereiche (A1, A2) nicht punktsymmetrisch bezüglich einer optischen Achse (52) des Objektivs (38) ist;d) Berechnen des Oberflächenprofils des Objekts (26, 26') bezüglich der optischen Achse (52) des Objektivs (38) aus einem lateralen Versatz zwischen Strukturen (S1, S2, S3) auf dem ersten Bild und entsprechenden Strukturen (S1, S2, S3) auf dem zweiten Bild,dadurch gekennzeichnet, dassdas zweite optische Teilsystem zwei optische Elemente (L21, L22) aufweist, die in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse (52) des Objektivs (38) nebeneinander angeordnet sind und den Strahlengang in zwei voneinander getrennte Teilstrahlengänge unterteilen, und dass die Schritte b) und c) gleichzeitig durchgeführt werden.Method for measuring a surface profile of an object (26, 26'), the method comprising the following steps: a) providing a measuring camera (24) which has an image sensor (36) and a lens (38) which is telecentric at least on the object side, wherein the Lens (38) an object plane (O), a first optical subsystem (L1), a second optical subsystem (L2; L21, L22), one between the first optical subsystem (L1) and the second optical subsystem (L2; L21, L22 ) arranged pupil plane (42) and an image plane (B) in which the image sensor (36) is arranged; b) recording a first image of the object (26, 26 '), with only light contributing to the first image illuminating a first area (A1) of the pupil plane (42);c) recording a second image of the object (26, 26') with the same relative arrangement between the object (26, 26') and the measuring camera (24), whereby only Light contributes to the second image, illuminating a second area (A2) of the pupil plane (42), which differs from the first area (A1), and wherein at least one of the two areas (A1, A2) is not point-symmetrical with respect to an optical axis (52) of the objective (38);d) calculating the surface profile of the object (26, 26') with respect to the optical axis (52) of the objective (38) from a lateral offset between structures (S1, S2, S3) on the first image and corresponding structures (S1, S2, S3) on the second image, characterized in that the second optical subsystem has two optical elements (L21, L22) which are in a direction perpendicular to the optical axis (52) of the objective (38 ) are arranged next to each other and divide the beam path into two separate partial beam paths, and that steps b) and c) are carried out simultaneously.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messkamera zur Messung eines Oberflächenprofils eines Werkstücks oder eines anderen Objekts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6. Ein solches Verfahren und eine solche Messkamera sind aus der
2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the prior art
Zur Messung der Geometrie von Werkstücken werden im Stand der Technik Koordinatenmessgeräte eingesetzt. Solche Messungen finden beispielsweise im Rahmen der Qualitätssicherung oder eines sogenannten „Reverse Engineering“ statt. Die teilweise komplexen Messaufgaben werden in aller Regel auf die Messung der räumlichen Koordinaten einer Anzahl von Einzelpunkten reduziert.In the prior art, coordinate measuring machines are used to measure the geometry of workpieces. Such measurements take place, for example, as part of quality assurance or so-called “reverse engineering”. The sometimes complex measurement tasks are usually reduced to measuring the spatial coordinates of a number of individual points.
Die Koordinatenmessgeräte enthalten einen Sensor, dessen Position relativ zu dem zu vermessenden Werkstück mit Hilfe von Antrieben veränderbar ist. Vor allem bei kleineren Koordinatenmessgeräten befindet sich das Werkstück auf einem Kreuztisch, der entlang zweier horizontaler Koordinatenachsen x, y mit hoher Genauigkeit verfahren werden kann. Der Sensor ist in der Regel an einer Pinole befestigt, die mit ähnlich hoher Genauigkeit vertikal (d.h. in z-Richtung) verfahren werden kann. Wenn besonders große oder schwere Werkstücke vermessen werden sollen, kommen in Portalbauweise ausgeführte Koordinatenmessgeräte zum Einsatz, bei denen das Werkstück ruht und nur der Sensor verfahren wird.The coordinate measuring machines contain a sensor whose position can be changed relative to the workpiece to be measured using drives. Especially with smaller coordinate measuring machines, the workpiece is located on a cross table that can be moved along two horizontal coordinate axes x, y with high accuracy. The sensor is usually attached to a quill, which can be moved vertically (i.e. in the z direction) with a similarly high level of accuracy. If particularly large or heavy workpieces are to be measured, portal-type coordinate measuring machines are used, in which the workpiece is stationary and only the sensor is moved.
Bei den Sensoren für Koordinatenmessgeräte unterscheidet man zwischen optischen und taktilen Sensoren. Während bei taktilen Sensoren die Information über die Lage eines Messpunkts durch Berühren des Messpunkts mit einem Antastelement erzeugt wird, wird bei optischen Sensoren die Information über die Lage des Messpunkts durch Licht übertragen.When it comes to sensors for coordinate measuring machines, a distinction is made between optical and tactile sensors. While with tactile sensors the information about the position of a measuring point is generated by touching the measuring point with a probing element, with optical sensors the information about the position of the measuring point is transmitted by light.
Bei einem Typ von optischen Sensoren werden die z-Koordinaten der Werkstückoberfläche mit Hilfe des Autofokusverfahrens bestimmt. Der Sensor weist hierzu eine Messkamera mit einem Objektiv und einem Bildsensor auf. Wird die Pinole mit dem daran befestigten Sensor vertikal entlang der optischen Achse des Objektivs verfahren, wird nur in einer z-Position der Messkamera eine scharfe Abbildung derjenigen Bereiche der Oberfläche des Werkstücks erzeugt, die sich auf der gleichen Höhe befinden. Außerhalb dieser Position ist der Bildsensor defokussiert, so dass diese Oberflächenbereiche auf den aufgenommenen Bildern unscharf wiedergegeben sind.In one type of optical sensor, the z coordinates of the workpiece surface are determined using the autofocus method. For this purpose, the sensor has a measuring camera with a lens and an image sensor. If the quill with the sensor attached to it is moved vertically along the optical axis of the lens, a sharp image of those areas of the surface of the workpiece that are at the same height is only generated in a z position of the measuring camera. Outside this position, the image sensor is defocused, so that these surface areas appear blurry in the captured images.
Als Kenngröße für den Schärfezustand der auf dem Bildsensor entstehenden Bilder wird in der optischen Koordinatenmesstechnik der Kontrast verwendet. Der Kontrast für einen bestimmten Punkt auf der Oberfläche des Werkstücks wird maximal, wenn sich der Punkt exakt in der Objektebene des Objektivs der Messkamera befindet. Da die Lage der Objektebene in einem Bezugssystem des Koordinatenmessgeräts mit hoher Genauigkeit bekannt ist, lässt sich der Abstand zu diesem Punkt und damit seine z-Koordinate auf diese Weise sehr genau messen. Je schneller der Kontrast abfällt, wenn der Punkt aus der Objektebene herauswandert, desto höher ist die Genauigkeit dieser Messung.In optical coordinate measuring technology, contrast is used as a parameter for the sharpness of the images created on the image sensor. The contrast for a specific point on the surface of the workpiece is maximum when the point is located exactly in the object plane of the measuring camera lens. Since the position of the object plane in a reference system of the coordinate measuring machine is known with high precision, the distance to this point and thus its z coordinate can be measured very precisely in this way. The faster the contrast drops when the point moves out of the object plane, the higher the accuracy of this measurement.
Um für ein bestimmtes Werkstück eine 3D-Koordinatenmessung nach dem Autofokusverfahren durchzuführen, muss somit eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Objektebene entlang der optischen Achse des Objektivs erzeugt werden. Hierzu kann entweder das Werkstück, die Messkamera oder beides in z-Richtung verfahren werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Lage der Objektebene durch Verschieben von einzelnen Linsen des Objektivs oder mit Hilfe eines optischen Elements mit variabler Brechkraft (z.B. einer Flüssiglinse) verändert werden. Die zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Relativbewegung aufgenommenen Bilder der Werkstückoberfläche werden gespeichert, um anschließend über die Kontrastbestimmung die 3D-Koordinaten der Werkstückoberfläche zu berechnen. Aus den Bildern, in denen bestimmte Bereiche der Werkstückoberfläche scharf wiedergegeben sind, können zusätzlich mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen Kanten und andere Konturen bestimmt und mit den gemessenen z-Koordinaten korreliert werden.In order to carry out a 3D coordinate measurement for a specific workpiece using the autofocus method, a relative movement must be generated between the workpiece and the object plane along the optical axis of the lens. For this purpose, either the workpiece, the measuring camera or both can be moved in the z direction. Alternatively or additionally, the position of the object plane can be changed by moving individual lenses of the objective or with the help of an optical element with variable refractive power (e.g. a liquid lens). The images of the workpiece surface taken at different times during the relative movement are saved in order to then calculate the 3D coordinates of the workpiece surface using the contrast determination. From the images in which certain areas of the workpiece surface are sharply reproduced, edges and other contours can also be determined using image processing algorithms and correlated with the measured z coordinates.
Koordinatenmessgeräte, die nach dem vorstehend erläuterten Prinzip des Autofokusverfahrens die z-Koordinaten berechnen, werden von der Anmelderin unter der Marke ZEISS O-INSPECT vertrieben und sind beispielsweise in der
Messkameras in derartigen optischen Sensoren sind üblicherweise zumindest objektseitig telezentrisch. Strahlenbündel, die von Punkten in der Objektebene ausgehen und von der Apertur der Messkamera aufgenommen werden, verlaufen somit parallel zur optischen Achse. Vorteilhaft sind objektseitig telezentrische Objektive in Messkameras vor allem deswegen, weil dadurch der Vergrößerungsmaßstab nicht von der Entfernung des Objekts abhängt. Ein Objekt, das sich außerhalb der Objektebene befindet, wird zwar unscharf auf die Bildebene abgebildet, aber das resultierende unscharfe Bild hat trotzdem dieselbe Größe wie das scharfe Bild, das man erhält, wenn sich das Objekt in der Objektebene befindet.Measuring cameras in such optical sensors are usually telecentric at least on the object side. Bundles of rays that emanate from points in the object plane and from the aperture of the The measuring camera recorded runs parallel to the optical axis. Telecentric lenses on the object side in measurement cameras are particularly advantageous because the magnification scale does not depend on the distance of the object. An object that is outside the object plane will be blurred onto the image plane, but the resulting blurred image will still be the same size as the sharp image obtained if the object is in the object plane.
Da der Abstand zwischen dem Bildsensor und der Optik der Messkamera fixiert ist, könnte auf eine bildseitige Telezentrie grundsätzlich verzichtet werden. Trotzdem sind Messkameras in der Regel beidseitig telezentrisch, um sicherzustellen, dass Driftbewegungen des Bildsensors infolge von Temperaturschwankungen oder Alterungserscheinungen nicht zu Messfehlern führen.Since the distance between the image sensor and the optics of the measuring camera is fixed, telecentricity on the image side could basically be dispensed with. Nevertheless, measurement cameras are usually telecentric on both sides to ensure that drift movements of the image sensor as a result of temperature fluctuations or aging do not lead to measurement errors.
Aus einem Aufsatz KIM, Jun-Sik ; KANADE, Takeo: Multiaperture telecentric lens for 3D reconstruction. In: Optics Letters, Vol. 36, 2011, No. 7, S. 1050-1052. - ISSN 0146-9592 (P); 1539-4794 (E). DOI: 10.1364/OL.36.001050. sind beidseitig telezentrische Objektive für Messkameras bekannt, bei denen in der Pupillenebene, die häufig auch als Apertur- oder Blendenebene bezeichnet wird, zusätzlich zu einer ersten Blendenöffnung auf der optischen Achse eine zweite außeraxiale Blendenöffnung vorgesehen ist. Auf diese Weise lassen sich Abstandsinformationen zwischen der Messkamera und dem Objekt bestimmen.From an essay KIM, Jun-Sik ; KANADE, Takeo: Multiaperture telecentric lens for 3D reconstruction. In: Optics Letters, Vol. 36, 2011, No. 7, pp. 1050-1052. - ISSN 0146-9592 (P); 1539-4794 (E). DOI: 10.1364/OL.36.001050. Double-sided telecentric lenses for measuring cameras are known, in which a second off-axis aperture opening is provided in the pupil plane, which is often also referred to as the aperture or aperture plane, in addition to a first aperture opening on the optical axis. In this way, distance information between the measuring camera and the object can be determined.
Die Möglichkeit, unterschiedliche Blenden in der Pupillenebene anordnen zu können und damit eine variable Pupillenfilterung zu erzielen, wird auch in anderen Messkameras gelegentlich genutzt. Die unterschiedlichen Blendenelemente sind dabei meist in einer automatischen Austauscheinheit aufgenommen, die z.B. als Revolverhalterung ausgeführt sein kann. Allerdings sind die Austauscheinheiten mechanisch aufwendig, benötigen viel Bauraum und ermöglichen keinen schnellen Wechsel der Lichtverteilung in der Pupillenebene.The possibility of arranging different apertures in the pupil plane and thus achieving variable pupil filtering is also occasionally used in other measurement cameras. The different aperture elements are usually accommodated in an automatic exchange unit, which can be designed, for example, as a turret holder. However, the replacement units are mechanically complex, require a lot of installation space and do not enable a quick change in the light distribution in the pupil plane.
Aus der
Aus einem Aufsatz SHEPARD, R. Hamilton [u.a.]: Optical design and characterization of an advanced computational imaging system. In: Optics and Photonics for Information Processing VIII : 18-20 August 2014, San Diego, California, United States. Bellingham, Wash. : SPIE, 2014 (Proceedings of SPIE ; 9216). Artikelnummer: 92160A (S.1-15). - ISBN 978-1-62841-243-7. DOI: 10.1117/12.2060725. ist ein Prüfstand mit einem gleichzeitig pupillen- und zeitcodierten Imager bekannt, der ein DMD (Digital Mirror Device) zum Zwecke der Pupillenapodisierung oder einen deformierbaren Spiegel für Wellenfrontcodierungsexperimente verwendet.From an article SHEPARD, R. Hamilton [et al.]: Optical design and characterization of an advanced computational imaging system. In: Optics and Photonics for Information Processing VIII: 18-20 August 2014, San Diego, California, United States. Bellingham, Wash. : SPIE, 2014 (Proceedings of SPIE ; 9216). Item number: 92160A (p.1-15). - ISBN 978-1-62841-243-7. DOI: 10.1117/12.2060725. a test stand with a simultaneously pupil- and time-coded imager is known, which uses a DMD (Digital Mirror Device) for the purpose of pupil apodization or a deformable mirror for wavefront coding experiments.
Die Druckschriften
Aus der
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Messkamera anzugeben, mit denen sich ein Oberflächenprofil eines Objekts sehr schnell optisch messen lässt.The object of the invention is to provide a method and a measuring camera with which a surface profile of an object can be optically measured very quickly.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.With regard to the method, this task is solved by a method according to
Hinter diesem Vorgehen steht die Überlegung, dass ein nicht punktsymmetrisches Beschneiden des Strahlengangs in der Pupillenebene dazu führt, dass das Bild eines defokussiert angeordneten Gegenstands in der Bildebene der Messkamera wandert. Nimmt man also zwei Bilder auf, wobei mindestens einer der beiden (nicht notwendigerweise zusammenhängenden) ausgeleuchteten Bereiche in der Pupillenebene nicht punktsymmetrisch bezüglich der optischen Achse des Objektivs ausgeleuchtet ist, so lässt sich aus dem lateralen Versatz der beiden Bilder auf die Defokussierung und damit auf die z-Position der betreffenden Punkte auf der Oberfläche des Objekts schließen. Da auch die lateralen Koordinaten der Kanten berechnet werden können, lässt sich das gesamte Oberflächenprofil des Gegenstands aus nur zwei Bildern ableiten.The idea behind this procedure is that a non-point-symmetrical trimming of the beam path in the pupil plane leads to the image of a defocused object moving in the image plane of the measuring camera. So if you take two images, with at least one of the two (not necessarily contiguous) illuminated areas in the pupil plane not being illuminated point-symmetrically with respect to the optical axis of the lens, the defocusing and thus the defocusing can be determined from the lateral offset of the two images Close z position of the relevant points on the surface of the object. Since the lateral coordinates of the edges can also be calculated, the entire surface profile of the object can be derived from just two images.
Beim Aufnehmen der beiden Bilder bleibt die relative Anordnung zwischen dem Objekt und der Messkamera gleich, und auch die Lage der Objektebene wird nicht durch Verfahrvorgänge innerhalb der Messkamera verändert. Dadurch kann das Oberflächenprofil erfindungsgemäß besonders schnell gemessen werden.When taking the two images, the relative arrangement between the object and the measuring camera remains the same, and the position of the object plane is not changed by movements within the measuring camera. This allows the Ober According to the invention, surface profile can be measured particularly quickly.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat Gemeinsamkeiten mit dem Phasenvergleichsverfahren, das in hochwertigen Fotokameras zum Autofokussieren (AF) verwendet wird. Dort werden von paarweise angeordneten und einander diametral gegenüberliegenden AF-Sensoren Bilder des Objekts aufgenommen und aus einem lateralen Versatz der Bilder die Defokussierung berechnet. Allerdings erfassen die AF-Sensoren nur sehr kleine Ausschnitte derjenigen Bilder, die anschließend vom Hauptbildsensor aufgenommen werden. Mit solchen Fotokameras lässt sich daher kein Oberflächenprofil messen.The method according to the invention has similarities with the phase comparison method that is used in high-quality photo cameras for autofocusing (AF). There, images of the object are recorded by AF sensors arranged in pairs and diametrically opposed to each other and the defocusing is calculated from a lateral offset of the images. However, the AF sensors only capture very small sections of the images that are then captured by the main image sensor. It is therefore not possible to measure a surface profile with such photo cameras.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen ist es möglich, auch für große Oberflächen das Oberflächenprofil zu messen. Dass dies möglich ist, hängt damit zusammen, dass bei der erfindungsgemäßen Messkamera die Pupillenebene zwischen den beiden optischen Teilsystemen angeordnet und damit gut zugänglich ist. Dadurch kann der Lichtweg direkt in der Pupillenebene oder in deren Nähe aufgeteilt werden, ohne Abstriche bei der Größe der beiden aufgenommenen Bilder machen zu müssen. Bei Fotokameras hingegen bietet die Pupillenebene wenig Bauraum und ist nicht gut zugänglich. Außerdem kann die Blende nicht so eingestellt werden, dass mindestens einer der beiden Bereiche in der Pupillenebene nicht punktsymmetrisch bezüglich der optischen Achse des Objektivs ist. Eine vergleichbare Wirkung lässt sich bei Fotokameras nur dadurch erreichen, dass man den von den AF-Sensoren erfassten Bildausschnitt entsprechend klein wählt.With the method according to the invention, however, it is possible to measure the surface profile even for large surfaces. The fact that this is possible is due to the fact that in the measuring camera according to the invention the pupil plane is arranged between the two optical subsystems and is therefore easily accessible. This allows the light path to be divided directly in or near the pupil plane without having to compromise on the size of the two captured images. In photo cameras, on the other hand, the pupil plane offers little space and is not easily accessible. In addition, the aperture cannot be adjusted so that at least one of the two areas in the pupil plane is not point-symmetrical with respect to the optical axis of the lens. A comparable effect can only be achieved with photo cameras by making the image section captured by the AF sensors appropriately small.
Bei Bedarf kann in Kenntnis der Defokussierung durch Verändern des Objektivs und/oder des Abstandes zwischen der Messkamera und dem Objekt der Gegenstand in die Objektebene des Objekts verfahren werden, um anschließend ein scharfes Bild zu erhalten, auf dessen Grundlage die x- und y-Koordinaten bestimmt werden können. Das Verfahren kann dazu die folgenden weiteren Schritte umfassen:
- e) Bestimmen eines Steuersignals für einen Verstellvorgang auf der Grundlage des in Schritt d) berechneten Oberflächenprofils, wobei durch den Verstellvorgang der Abstand zwischen dem Objekt und der Objektebene so verändert wird, dass sich eine ausgewählte Ebene des Objekts in der Objektebene befindet;
- f) Aufnehmen eines Messbildes mit Hilfe des Bildsensors, wobei zur Entstehung des Messbildes Licht beiträgt, das einen Bereich der Pupillenebene ausleuchtet, der größer ist als der erste Bereich und der zweite Bereich.
- e) determining a control signal for an adjustment process based on the surface profile calculated in step d), the adjustment process changing the distance between the object and the object plane so that a selected plane of the object is in the object plane;
- f) Recording a measurement image with the aid of the image sensor, with light contributing to the creation of the measurement image, which illuminates an area of the pupil plane that is larger than the first area and the second area.
In den Teilen des so aufgenommenen Messbildes, die fokussiert abgebildet sind, können die lateralen Abmessungen besonders genau von Bildverarbeitungsalgorithmen erkannt werden. Zur erhöhten Auflösung trägt dabei die große Blendenöffnung bei, mit der das Messbild aufgenommen wurde.In the parts of the measurement image recorded in this way that are imaged in focus, the lateral dimensions can be recognized particularly precisely by image processing algorithms. The large aperture with which the measurement image was recorded contributes to the increased resolution.
Für die Messung der z-Koordinaten würde es genügen, wenn bei der Aufnahme eines Bildes die Pupillenebene punktsymmetrisch (insbesondere als Sonderfall rotationssymmetrisch) ausgeleuchtet wird und nur bei der Aufnahme des anderen Bildes ein nicht punktsymmetrischer Bereich ausgeleuchtet wird. Die Aufnahme mit der punktsymmetrischen Ausleuchtung würde dann den erforderlichen Bezugspunkt für die Versatzmessung liefern.For the measurement of the z coordinates, it would be sufficient if the pupil plane was illuminated point-symmetrically (in particular, rotationally symmetrically in a special case) when taking an image and if a non-point-symmetrical area was illuminated only when taking the other image. The recording with the point-symmetrical illumination would then provide the required reference point for the offset measurement.
Eine höhere Messgenauigkeit lässt sich jedoch erzielen, wenn keiner der beiden ausgeleuchteten Bereiche punktsymmetrisch bezüglich der optischen Achse ist, einer der beiden Bereiche aber bezüglich der optischen Achse punktsymmetrisch zum jeweils anderen der beiden Bereiche ist. Auf diese Weise sind die Bilder in entgegengesetzte Richtungen um den gleichen Betrag versetzt. Somit addieren sich zwei betragsmäßig identische, aber entgegengesetzte Versatzdistanzen, was zu einem doppelt so großen Übersetzungsverhältnis zwischen Lateralversatz und Fokusversatz führt.However, a higher measurement accuracy can be achieved if neither of the two illuminated areas is point-symmetrical with respect to the optical axis, but one of the two areas is point-symmetrical to the other of the two areas with respect to the optical axis. This way the images are offset by the same amount in opposite directions. This means that two identical but opposite offset distances add up, resulting in a gear ratio between lateral offset and focus offset that is twice as large.
Erfindungsgemäß weist das zweite optische Teilsystem zwei optische Elemente auf, die in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse des Objektivs nebeneinander angeordnet sind und den Strahlengang in zwei voneinander getrennte Teilstrahlengänge unterteilen. Die Schritte b) und c) können dann gleichzeitig durchgeführt werden.According to the invention, the second optical subsystem has two optical elements which are arranged next to one another in a direction perpendicular to the optical axis of the objective and divide the beam path into two separate beam paths. Steps b) and c) can then be carried out simultaneously.
Die zwei optischen Elemente, die vorzugsweise eine Sammelwirkung haben und z.B. als einfache Linsen ausgebildet sein können, trennen den Strahlengang so auf, dass die beiden Bilder auf dem Bildsensor gleichzeitig und nebeneinander entstehen. Dadurch wird die Messzeit weiter verkürzt, da beide Bilder gleichzeitig aufgenommen werden können. Die Bilder haben zwar den gleichen großen Bildausschnitt, sind aber im Vergleich zu einer Variante mit einem variablen Pupillenfilter kleiner, was zu einer gewissen Einbuße bei der Bildqualität und damit auch der Messgenauigkeit führt.The two optical elements, which preferably have a collecting effect and can be designed, for example, as simple lenses, separate the beam path so that the two images are created on the image sensor simultaneously and next to each other. This further shortens the measurement time because both images can be taken at the same time. Although the images have the same large image section, they are smaller compared to a variant with a variable pupil filter, which leads to a certain loss in image quality and thus also in measurement accuracy.
Vor allem mit Blick auf die Richtungsunabhängigkeit kann es dabei vorteilhaft sein, wenn das erste optische Teilsystem nicht nur zwei, sondern drei oder insbesondere vier optische Elemente aufweist, die z.B. an den Ecken eines regelmäßigen Dreiecks bzw. eines Quadrats angeordnet sind.Especially with regard to the independence of direction, it can be advantageous if the first optical subsystem has not just two, but three or in particular four optical elements, which are arranged, for example, at the corners of a regular triangle or a square.
In einer Weiterbildung weist die Messkamera einen weiteren Bildsensor und einen Strahlteiler auf, der zwischen dem ersten optischen Teilsystem und dem zweiten optischen Teilsystem angeordnet ist. Der Strahlteiler teilt den Strahlengang in einen zum Bildsensor führenden ersten Strahlengang und einen zum weiteren Bildsensor führenden zweiten Strahlengang auf. Mit Hilfe des weiteren Bildsensors Weise lässt gleichzeitig ein zusätzliches großes Messbild aufnehmen, das z.B. zu einer genaueren Bestimmung der Lateralabmessungen der auf den Bildern erkennbaren Strukturen herangezogen werden kann.In a further development, the measuring camera has an additional image sensor and a beam splitter, which is arranged between the first optical subsystem and the second optical subsystem. The beam splitter divides the beam path into a first beam path leading to the image sensor and a second beam path leading to the further image sensor. With the help of the additional image sensor, an additional large measurement image can be recorded at the same time, which can be used, for example, to determine the lateral dimensions of the structures visible in the images more precisely.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die eingangs gestellte Aufgabe gelöst durch eine Messkamera gemäß Anspruch 6.With regard to the device, the task posed at the beginning is solved by a measuring camera according to claim 6.
Bevorzugt ist es, wenn das Objektiv außerdem bildseitig telezentrisch ist. Ein beidseitig telezentrisches Objektiv weist theoretisch keine Verzeichnung oder andere geometrische Abbildungsfehler auf.It is preferred if the lens is also telecentric on the image side. A lens that is telecentric on both sides theoretically has no distortion or other geometric aberrations.
Bezüglich der vorteilhaften Ausgestaltungen wird im Übrigen auf die Ausführungen zum Verfahren verwiesen.With regard to the advantageous configurations, reference is also made to the comments on the method.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
-
1 : eine perspektivische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts mit einer erfindungsgemäßen Messkamera; -
2 : einen meridionalen Schnitt durch die inder 1 gezeigte Messkamera gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Variante, bei der in einer Pupillenebene ein LCD-Panel als variabel einstellbares Pupillenfilter angeordnet ist; -
3a und3b : einen Strahlengang in der Messkamera für zwei unterschiedliche Objektweiten; -
4a und4b : den3a und3b entsprechende Darstellungen für den Strahlengang bei zwei hintereinander mit der Messkamera aufgenommenen Bildern; -
5a bis 5c : Blendenöffnungen bei den mit der Messkamera aufgenommenen Bildern; -
6a und6b : ein beispielhaftes Objekt in einer Draufsicht bzw. einer Seitenansicht; -
7a und7b : zwei von der Messkamera mit unterschiedlichen Blendeneinstellungen aufgenommene Bilder; -
8a und8b : den4a und4b entsprechende Darstellungen, bei denen anderen Blendeneinstellungen vorgenommen wurden; -
9a bis 9c : Blendenöffnungen für mit der Messkamera aufgenommene Bildern gemäß den in den8a und8b gezeigten Blendeneinstellungen; -
10 : einen der2 entsprechenden meridionalen Schnitt durch eine nicht erfidungsgemäße Messkamera gemäß einer zweiten Variante, bei der das variable Pupillenfilter als digitales Mikrospiegelarray ausgebildet ist; -
11 : einen den3a und3b entsprechenden meridionalen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Messkamera; -
12 : die Blendenausleuchtung bei der in der11 gezeigten Messkamera; -
13 : eine Variante der in der11 gezeigten Messkamera mit einem Strahlteiler und einem zusätzlichen Bildsensor zur gleichzeitigen Aufnahme eines Messbildes.
-
1 : a perspective view of a coordinate measuring machine with a measuring camera according to the invention; -
2 : a meridional section through the in the1 measuring camera shown according to a variant not according to the invention, in which an LCD panel is arranged as a variably adjustable pupil filter in a pupil plane; -
3a and3b : a beam path in the measuring camera for two different object widths; -
4a and4b : the3a and3b Corresponding representations of the beam path for two images taken one after the other with the measuring camera; -
5a to 5c : Aperture openings in the images taken with the measuring camera; -
6a and6b : an exemplary object in a top view or a side view; -
7a and7b : two images captured by the measurement camera with different aperture settings; -
8a and8b : the4a and4b corresponding representations in which different aperture settings were made; -
9a to 9c : Aperture openings for images taken with the metering camera according to the values specified in the8a and8b aperture settings shown; -
10 : one of the2 corresponding meridional section through a measuring camera not according to the invention according to a second variant, in which the variable pupil filter is designed as a digital micromirror array; -
11 : one the3a and3b corresponding meridional section through a measuring camera according to the invention; -
12 : the aperture illumination at the in the11 measuring camera shown; -
13 : a variant of the one in the11 Measuring camera shown with a beam splitter and an additional image sensor for simultaneously recording a measurement image.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
1. Aufbau eines Koordinatenmessgeräts1. Construction of a coordinate measuring machine
Die
An der Unterseite der Pinole 20 ist eine Messkamera 24 befestigt, mit der ein Bild von einem Werkstück 26 aufgenommen werden kann. Das Werkstück 26 ist auf einem Kreuztisch 28 befestigt, mit dem das Werkstück 26 in der horizontalen Ebene (x-Richtung und y-Richtung) präzise verfahren werden kann, wie dies in der
Falls noch größere oder besonders schwere Werkstücke 26 vermessen werden sollen, kann das Koordinatenmessgerät 10 auch einen anderen mechanischen Aufbau haben und beispielsweise anstelle des Kreuztisches 28 ein bewegbares Portal aufweisen, an dem die Pinole 20 befestigt ist. Auf diese Weise lässt sich die Pinole 20 nicht nur entlang der z-Richtung, sondern auch entlang der x-Richtung und y-Richtung präzise verfahren, wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist. Das Werkstück 26 muss dann während der Messung nicht bewegt werden.If even larger or particularly
2. Aufbau der Messkamera2. Structure of the measuring camera
Die
Das Objektiv 38 ist beidseitig telezentrisch, so dass die Hauptstrahlen H sowohl im Objektraum als auch im Bildraum parallel zur optischen Achse 52 des Objektivs 38 verlaufen. Dies wird im Ausführungsbeispiel dadurch bewirkt, dass die hintere Brennebene des ersten optischen Teilsystems L1 mit der vorderen Brennebene des zweiten optischen Teilsystems L2 zusammenfällt. In der
Die Pupillenebene 42 des Objektivs 38 befindet sich in der hinteren Brennebene des ersten optischen Teilsystems L1, die wie bereits erwähnt mit der vorderen Brennebene des zweiten optischen Teilsystems L2 zusammenfällt. In der Pupillenebene 42 ist ein variabel einstellbares Pupillenfilter in Form eines LCD-Panels 44 angeordnet. Das LCD-Panel 44 umfasst hierzu eine Vielzahl von matrixartig angeordneten Flüssigkristallzellen 46, deren Transmissionsgrad individuell zwischen einem Minimalwert in der Nähe von 0% und einem Maximalwert in der Nähe von 100% verändert werden kann. Im in der
In ein Gehäuse 48 der Messkamera 24 ist eine Beleuchtungseinrichtung 50 integriert, die im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere LEDs umfasst, die ringförmig um die optische Achse 52 des Objektivs 38 herum angeordnet sind. Die Beleuchtungseinrichtung 50 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie Licht mit verschiedenen Farben und/oder aus verstellbaren Richtungen auf die Oberfläche 40 des Werkstücks 26 richten kann. Ein Beispiel für eine geeignete Beleuchtungseinrichtung 50 ist in der
Mit 53 ist in der
Der Bildsensor 36, das LCD-Panel 44, die Beleuchtungseinrichtung 50, der Antrieb 53 und der Kreuztisch 28 sind mit einer Recheneinheit 54 verbunden, die einen Speicher 55 enthält, den Messablauf in noch näher zu erläuternder Weise steuert und die vom Bildsensor 36 aufgenommenen Bilder verarbeitet.The
3. Funktion3. Function
Zur Erläuterung der Funktion der Messkamera 24 wird zunächst auf die
Befindet sich die Oberfläche des mit durchgezogenen Linien angedeuteten Objekts 26 in der Objektebene O, so ist das auf dem Bildsensor 36 entstehende Bild der Oberfläche bezüglich der optischen Achse 52 zentriert, wie dies in der
Bei dem in den
Es lässt sich zeigen, dass für kleine numerische Aperturen NA des Objektivs 38 ein linearer Zusammenhang zwischen dem lateralen Versatz d einerseits und dem axialen Abstand zwischen dem Objekt 26 und der Objektebene O andererseits besteht, der im Folgenden als Defokussierung Δz bezeichnet wird. Dieser Zusammenhang wird genutzt, um den axialen Abstand von Strukturen auf dem Objekt 26 zur bekannten Lage der Objektebene O zu messen.It can be shown that for small numerical apertures NA of the objective 38 there is a linear relationship between the lateral offset d on the one hand and the axial distance between the
Die
In einem ersten Schritt wird ein erstes Bild von dem Objekt 26 aufgenommen, wobei nur Licht zu dem ersten Bild beiträgt, einen ersten außeraxialen Bereich A1 der Pupillenebene 42 ausleuchtet. Die Recheneinheit 54 steuert hierzu das LCD-Panel 44 so an, dass nur ein kleiner streifenförmiger außeraxialer Bereich A1 vom Messlicht durchtreten werden kann. Der Bereich A1 ist in der
In einem zweiten Schritt wird ein zweites Bild von dem Objekt 26 bei gleicher relativer Anordnung zwischen dem Objekt 26 und der Messkamera 24 aufgenommen. Zu dem zweiten Bild trägt nur Messlicht bei, das einen zweiten Bereich A2 in der Pupillenebene 42 ausleuchtet, der sich von dem ersten Bereich A1 unterscheidet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Bereich A2 punktsymmetrisch bezüglich der optischen Achse zum ersten Bereich A1 angeordnet, wie dies ein Vergleich der
Alle Strukturen auf dem Objekt 26 mit der gleichen Defokussierung Δz sind auf dem zweiten Bild um den Betrag d lateral versetzt, aber nun in die entgegengesetzte Richtung, vgl.
Die
Unterstellt wird nun, dass das Objekt 26 so der Messkamera 24 zugestellt wird, dass sich die Oberfläche S3 des Riegels R3 genau in der Objektebene O der Messkamera 24 befindet, wie dies in der
Die
Die Oberfläche S1 befindet sich näher an der Messkamera 24 und wird deswegen in dem einen Bild nach links und in dem anderen Bild nach rechts versetzt abgebildet, wie dies die
Die Recheneinheit 54 kann aus den Bildern gemäß den
Aus diesem Beispiel wird zudem deutlich, dass für die Bildverarbeitungsalgorithmen die Oberflächen S1, S2 und S3 in der Regel identifizierbar sein müssen. Insbesondere sollten Strukturen auf den Oberflächen S1, S2, S3 in einem Winkel zur Versatzrichtung verlaufen, da es ansonsten schwierig oder unmöglich sein kann, den Versatz der Abbilder der Strukturen auf den beiden aufgenommenen Bildern zu erkennen.This example also makes it clear that for the image processing algorithms the upper Areas S1, S2 and S3 must generally be identifiable. In particular, structures on the surfaces S1, S2, S3 should run at an angle to the offset direction, since otherwise it may be difficult or impossible to detect the offset of the images of the structures in the two recorded images.
Das Erfordernis der Erkennbarkeit kann es erforderlich machen, die Lage der transparenten Bereiche A1, A2 in der Pupillenebene 42 an die Orientierung der Strukturen auf der Oberfläche des Objekts 26 anzupassen.The requirement of recognizability may make it necessary to adapt the position of the transparent areas A1, A2 in the
In vielen Fällen kann eine individuelle Anpassung vermieden werden, wenn nicht zwei, sondern vier Bilder des Objekts 26 aufgenommen werden. Bei den beiden zusätzlichen Bildern sind die Blendenöffnungen A1 und A2 in einer Weise angeordnet, wie sie durch Verdrehen der in den
4. Varianten und weitere Ausführungsbeispiele4. Variants and further exemplary embodiments
Die
Das andere Bild wird mit einer Blende A2 aufgenommen, die bezüglich der optischen Achse 52 nicht punktsymmetrisch zur Blende A1 angeordnet ist, wie dies die
Die Messkamera 24 ermöglicht es, ein zusätzliches Messbild aufzunehmen, das mit einem größeren oder maximal großen transparenten Bereich A3 (Blendenöffnung) und entsprechend geringer Tiefenschärfe aufgenommen wird, wie dies die
Aufgrund der geringeren Tiefenschärfe werden auf dem Messbild nur diejenigen Strukturen scharf abgebildet, die sich in der Objektebene O befinden. Auf der Grundlage des gemessenen Oberflächenprofils ist es jedoch möglich, Steuersignale für einen Verstellvorgang zu berechnen, mit dem der Abstand zwischen dem Objekt 26 und der Objektebene O so verändert wird, dass sich eine beliebige ausgewählte Ebene des Objekts 26 in der Objektebene O befindet. Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Verstellvorgang von dem auf die Pinole 20 wirkenden Antrieb 53 durchgeführt. Durch diese Autofokussierung können diejenigen Strukturen, die sich nach dem Verstellvorgang in der Objektebene O befinden, scharf abgebildet und mithilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen vermessen werden. Insbesondere ist es möglich, mehrere Messbilder hintereinander in unterschiedlichen Objektabständen aufzunehmen.Due to the smaller depth of field, only those structures that are located in the object plane O are shown sharply on the measurement image. However, based on the measured surface profile, it is possible to calculate control signals for an adjustment process with which the distance between the
Die
Das Mikrospiegelarray 44' weist mehrere Mikrospiegel 64 auf, wobei jeder Mikrospiegel 64 eine aktive Stellung hat, in der auftreffendes Licht um 90° umgelenkt und dadurch in Richtung des Bildsensors 36 gerichtet wird. In einer inaktiven Stellung wird auftreffendes Licht um einen so großen Winkel abgelenkt, dass es nicht auf den Bildsensor 36, sondern auf einen Lichtabsorber 65 fällt. Durch gezieltes Verstellen der Mikrospiegel 64 lassen sich ähnlich wie mit dem LCD-Panel 44 die Blendenöffnungen (Bereiche A1, A2 und A3) in weiten Grenzen beliebig festlegen und innerhalb weniger Mikrosekunden verändern.The micromirror array 44' has a plurality of
Die
Vorteilhaft bei diesem Ausführungsbeispiel ist, dass die beiden Bilder gleichzeitig auf dem Bildsensor 36 entstehen, was zu einer weiteren Verkürzung der Messzeit führt. Dafür lassen sich bei diesem Ausführungsbeispiel die Blendenöffnungen nicht variabel festlegen und insbesondere nicht an die Orientierung von Strukturen auf dem Objekt 26 anpassen, wie dies bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeilen der Fall ist.The advantage of this exemplary embodiment is that the two images are created simultaneously on the
Um eine möglichst weitgehende Unabhängigkeit von den Strukturrichtungen auf dem Objekt zu erlangen, können anstelle von zwei Linsen L21, L22 auch vier oder mehr Linsen in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse 52 nebeneinander angeordnet werden. Vier Linsen können zum Beispiel so angeordnet sein, dass die Linsenmittelpunkte auf den Ecken eines gedachten Quadrats zum Liegen kommen.In order to achieve the greatest possible independence from the structural directions on the object, instead of two lenses L21, L22, four or more lenses can also be arranged next to one another in a direction perpendicular to the
Es versteht sich, dass anstelle von einzelnen Linsen L21, L22 auch komplexere optische Teilsysteme mit jeweils mehreren optischen Elementen eingesetzt werden können.It goes without saying that instead of individual lenses L21, L22, more complex optical subsystems, each with several optical elements, can also be used.
Ein zusätzliches Messbild mit weiter oder maximal geöffneter Blende lässt sich mit der in der
Die
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022108474.4A DE102022108474B4 (en) | 2022-04-07 | 2022-04-07 | Method and measuring camera for measuring a surface profile of an object |
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---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022108474A1 DE102022108474A1 (en) | 2023-10-12 |
DE102022108474B4 true DE102022108474B4 (en) | 2024-03-07 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022108474B4 (en) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58194007A (en) | 1982-05-10 | 1983-11-11 | Olympus Optical Co Ltd | Focusing detector |
US20020060793A1 (en) | 2000-11-22 | 2002-05-23 | Nikon Corporation | Optical positional displacement measuring apparatus and adjustment method thereof |
US20080239316A1 (en) | 2007-01-22 | 2008-10-02 | Morteza Gharib | Method and apparatus for quantitative 3-D imaging |
US20120154571A1 (en) | 2010-12-17 | 2012-06-21 | Mitutoyo Corporation | Edge detection using structured illumination |
WO2013167168A1 (en) | 2012-05-07 | 2013-11-14 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Improved illumination module for a co-ordinate measuring machine |
DE102016202928A1 (en) | 2016-02-25 | 2017-08-31 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Improved autofocus method for a coordinate measuring machine |
DE102017115021A1 (en) | 2017-07-05 | 2019-01-10 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Digital determination of the focus position |
DE102021118327A1 (en) | 2021-07-15 | 2023-01-19 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Measuring camera and method for two-dimensional measurement of objects |
DE102021118429A1 (en) | 2021-07-16 | 2023-01-19 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Process and device for 3D coordinate measurement using the autofocus process |
-
2022
- 2022-04-07 DE DE102022108474.4A patent/DE102022108474B4/en active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58194007A (en) | 1982-05-10 | 1983-11-11 | Olympus Optical Co Ltd | Focusing detector |
US20020060793A1 (en) | 2000-11-22 | 2002-05-23 | Nikon Corporation | Optical positional displacement measuring apparatus and adjustment method thereof |
US20080239316A1 (en) | 2007-01-22 | 2008-10-02 | Morteza Gharib | Method and apparatus for quantitative 3-D imaging |
US20120154571A1 (en) | 2010-12-17 | 2012-06-21 | Mitutoyo Corporation | Edge detection using structured illumination |
WO2013167168A1 (en) | 2012-05-07 | 2013-11-14 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Improved illumination module for a co-ordinate measuring machine |
DE102016202928A1 (en) | 2016-02-25 | 2017-08-31 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Improved autofocus method for a coordinate measuring machine |
DE102017115021A1 (en) | 2017-07-05 | 2019-01-10 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Digital determination of the focus position |
DE102021118327A1 (en) | 2021-07-15 | 2023-01-19 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Measuring camera and method for two-dimensional measurement of objects |
DE102021118429A1 (en) | 2021-07-16 | 2023-01-19 | Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh | Process and device for 3D coordinate measurement using the autofocus process |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
KIM, Jun-Sik ; KANADE, Takeo: Multiaperture telecentric lens for 3D reconstruction. In: Optics Letters, Vol. 36, 2011, No. 7, S. 1050-1052. - ISSN 0146-9592 (P); 1539-4794 (E). DOI: 10.1364/OL.36.001050. |
SHEPARD, R. Hamilton [u.a.]: Optical design and characterization of an advanced computational imaging system. In: Optics and Photonics for Information Processing VIII : 18-20 August 2014, San Diego, California, United States. Bellingham, Wash. : SPIE, 2014 (Proceedings of SPIE ; 9216). Artikelnummer: 92160A (S.1-15). - ISBN 978-1-62841-243-7. DOI: 10.1117/12.2060725. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102022108474A1 (en) | 2023-10-12 |
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